三維空間軟件及其插件在幕墻設計中的運用

李優清

隨著建筑設計向復雜性和大跨度發展，建筑外觀呈現出不規則的情況越來越多。幕墻作為實現建筑外觀最主要的組成部分，如何實現建筑創意，已是幕墻設計師面臨的問題。異形建筑對幕墻設計軟件也提出了新的更高的要求。三維空間軟件以其強大的建模功能和簡單、友好的操作界面，深受廣大設計師的歡迎，已在幕墻設計中被廣泛的使用。

1 三維空間建模原理及一般方法

圖1 深圳灣體育中心三維空間表皮模型

圖2 廣州亞運城綜合館三維空間表皮模型

圖3 深圳機場T3航站樓三維空間表皮模型（局部）

1.1 一般工程建筑設計方只提供三維空間模型表皮和分格線，幕墻設計需要在提供的三維空間模型上建出能表達出各構件相互之間位置關系的、有厚度的模型。設計師可以根據提供的分格線確定初步的幕墻分格，在此基礎上進行細部分格和模型處理。

1.2 根據節點圖中各構件相互之間的位置關系，建立三維空間實體模型。

異形幕墻的各個單元的尺寸均不相同，但構造的規律相同，可根據已有構造規律，以某一定值為基準，建立模型。

a、深圳灣體育中心設計方提供的是以主鋼結構中心線為基準的表皮模型，由節點可得知，開洞部分共分裝飾層、防水層、吊頂層（從上到下），與主體鋼結構中心線的距離分別為800mm、500mm、-350mm，通過偏移、拉伸、修剪等步驟，得到三維空間實體模型（如圖4、圖5）。

b、深圳機場T3航站樓設計方提供的是以幕墻工程鋼龍骨中心線為基準的表皮模型，由節點可得知，蜂巢部分共分為外層鋁板、防水層（包括鋼龍骨）、內層鋁板3部分，外層鋁板與鋼龍骨中心線距離為180mm，其余尺寸為變量，通過偏移、拉伸、切割、修剪等步驟，得到三維空間實體模型（如圖6、圖7）。

圖4 深圳灣體育中心節點圖

圖5 開洞單元三維空間模型

2 插件在三維空間建模中的應用

一個異形建筑往往由很多個不同、但有相似規律的單元組成，每個單元均需獨立建模。如果每個獨立的單元均由手動建模，將會耗費大量的時間。由于每個單元的建模規律相似，這為編寫插件程序提供了前提條件，插件程序只需要手動輸入建模的控制數據，其余相同規律組成的相同步驟由插件程序自動完成。

2.1 插件程序的編寫

插件程序由專業的程序編寫人員根據設計意圖及各個控制條件之間的相互關系，通過使用大量的DLL文件（動態鏈接庫）源碼，程序可以實現模塊化，由相對獨立的組件組成。因為模塊是彼此獨立的，模塊只在相應的功能被請求時才加載，所以可以更為容易地將更新應用于各個模塊，而不會影響該程序的其他部分，為局部修改插件提供了便利（如圖8、圖9）。

2.2 插件程序的加載

由于插件程序采用的是DLL文件獨立的模塊形式，加載插件時可方便選擇不同功能要求的插件程序。步驟：工具—選項—插件程序，點擊“安裝”，選擇路徑下的插件程序，點擊“確定”，插件將出現在工具欄中(如圖10、圖11)。

2.3 插件程序的使用

插件程序加載成功后將會以命令的形式出現在工具欄中，插件命令可根據實際需要按規律或按區域靈活設置。一個插件命令可包括很多建模步驟，在命令執行過程中，只需要輸入必要的控制數據，其余步驟均有程序自行完成。

圖6 深圳機場節點圖

圖7 蜂巢單元三維空間模型

圖10 插件加載過程

圖11 已加載的插件程序

圖8 DLL文件

圖9 其中一個模塊的程序

下面以深圳灣體育中心金屬屋面鋁板模型建模命令為例，詳細介紹插件命令的原理和操作步驟：

/*************鋁板模型************

*（鋁板模型）按照鋁板建模原則做的單個命令

*首先生成分塊鋁板

*選擇需要分割的鋁板面；

*程序會自動尋找面的中心點和各邊的中點連接成多個(8個)三角平面；

*關于三角平面各個邊的偏移有相應的提示；

*最后的輸入參數為生成各邊在平面豎向的延伸平面。

*然后生成分塊加中邊豎面的鋁板

*選擇需要分割的鋁板面；

*程序會自動尋找面的中心點和各邊的中點連接成多個(12個)三角平面；

*12=8+4(8個是邊，4個是一個頂點和一邊中點連線的豎面)

*關于三角平面各個邊的偏移有相應的提示；

*最后的輸入參數為生成各邊在平面豎向的延伸平面，

*輸入參數說明如下：

*底直角邊偏移距離：基本與選擇面的邊界重合

*豎直角邊偏移距離：基本與選擇面的邊界平行，通過選擇面的中點

*斜直角邊偏移距離：基本與選擇面的對角線重合

*豎邊面的高度：與生成面的邊垂直的豎邊面的高度

*********************************/

上述步驟是已翻譯后命令程序建模過程。本命令要求選擇一個單元分格原始模型，按照一定規律分割成16塊帶折邊的三角形鋁板。

建模原理如下：“選擇單元分格原始模型（面）—找到此面的中心點—以各邊中點連接成8個三角平面—三角平面各個邊偏移相應距離（鋁板縫隙）—分別以8個面一邊的中點連接三角形頂點，分割成16個三角平面—三角平面中間邊偏移相應距離—16個三角平面的每個邊拉伸一定的高度得出鋁板折邊。”

插件命令步驟如下：“選擇金屬鋁板面：—輸入縫隙寬度：—豎邊面的高度：”共3步，只需每步輸入控制數據即可快速得到16塊帶折邊的三角形鋁板模型（如圖12、圖13）。

手動建模全過程需10~15分鐘，采用插件命令建模，全過程只需10秒鐘。由此可見采用插件程序建模可大大縮短建模時間，節省人力成本和時間成本。

3 插件在三維空間建模生成CAD圖紙過程中的應用

三維空間軟件不僅擁有強大的建模功能，而且能將三維空間模型物件轉化成多種格式的文件，其中包括dwg文件。

將導出的物件經過選擇視圖、標注、整理等步驟可完成CAD圖紙的繪制。

3.1 插件程序的編寫

由于三維空間插件程序采用DLL文件（動態鏈接庫），當執行某一個程序時，相應的DLL文件就會被調用。基于此原理，我們可根據實際需要把一些固定的信息（比如CAD圖紙的圖框、圖例、說明等信息）設置成模塊的形式，放置于系統盤中供程序調用。

模型中的物件（例如線、面）均具有方向性，這為從三維空間模型中導出的物件在CAD圖紙中的定位提供了便利。可根據三維空間物件的這種屬性輕易的在CAD圖紙中確定主視圖、左視圖、俯視圖。

3.2 插件程序的加載

插件加載步驟：工具—選項—插件程序，點擊“安裝”，選擇路徑下的插件程序，點擊“確定”，插件將出現在工具欄中。

圖12 原始單元模型（曲面）

圖13 已完成的16塊三角形平面

圖14 三維空間模型可轉換成多種文件格式

圖15 深圳機場加工圖CAD模塊

圖16 其中一個加工圖CAD模塊

3.3 插件程序的使用

在插件使用前將設置好的dwg格式模塊以文件夾形式放置于系統盤中，以供程序的調用。插件命令可按要求分別設置，比如加工圖中可分別設置玻璃、鋁板、鋁型材、組框圖、鋼架等加工圖的命令。在生成CAD圖紙之前對各個物件、構件進行編號。在命令執行過程中，只需要輸入必要的控制數據，其余步驟均有程序自行完成。

下面以深圳機場幕墻工程為例，詳細介紹插件命令的原理和操作步驟：

a、玻璃加工圖

以建好的玻璃板塊為基礎模型，通過插件命令使其生成玻璃加工圖（如圖17-19）。

玻璃模型的方向非常重要，其直接決定了相應CAD圖紙的視圖方向（即室、內外面）。一般將三維空間模型中的方向設置成向上，以便與CAD圖紙中的常用視圖方向相同。

b、鋼架加工圖

本工程中的鋼架為單線模型，為了便于鋼架加工圖的定位，選擇一個參考平面用于定位（如圖20）。

參考面的方向直接決定了鋼架加工圖的視圖方向，一般將參考面的方向調成向上，以便與CAD圖紙中的常用視圖方向相同。若將方向調成向下，生成的加工圖將會產生截然不同的結果。

各個鋼架相對應的四個角點做法相同，因此可將四個角點設置成模塊。由于此鋼架為空間鋼架，可以以表格的形式增加各個控制點的三維相對坐標值。

上述加工圖插件命令的操作均很簡單，只需選擇參考平面，輸入控制數據，其余步驟均有程序自動完成，大大提高了工作效率。

4 插件在三維空間軟件中的其他應用

由于可將三維空間模型的物件導出轉換成其他眾多格式的文件，三維空間插件除了用于生產CAD的加工圖外，還可轉換成表格形式。將理論模型中的三維定位點轉換成表格數據，用于復雜工程的施工定位；也可用于利用表格形式統計各種物件的長度、面積等數據。

5 總結

通過上述工程實例可以看出，三維空間軟件可以很好地作為幕墻設計師建模的輔助工具，三維空間軟件插件的應用可以大大的提高建模和生成CAD圖紙的效率。隨著各種新穎、異形建筑的出現，國內外建筑師越來越廣泛的運用三維空間軟件進行建筑設計，三維空間軟件也將會在幕墻設計領域被越來越廣泛的運用。

圖17 玻璃板塊模型的方向

圖20 插件生成的鋼架加工圖

圖19 插件生成的玻璃加工圖

圖18 插件生成的玻璃加工圖